Compléments sur la dérivation et la convexité

Exercices types : 11ère partie - Exercice 2

15 min
30
Question 1
Soit ff une fonction définie et continue sur ];+[\left]-\infty;+\infty\right[ par f(x)=(65x)3f\left(x\right)=\left(6-5x\right)^{3}

Etudier le sens de variation de ff et dresser son tableau de variation.

Correction
  • (un)=n×u×un1\left(u^{n} \right)^{'} =n\times u'\times u^{n-1}
  • On reconnaît ici unu^{n} u(x)=65xu\left(x\right)=6-5x et n=3n=3. Ainsi u(x)=5u'\left(x\right)=-5.
    Il en résulte que :
    f(x)=3×(5)×(65x)31f'\left(x\right)=3\times \left(-5\right)\times\left(6-5x\right)^{3-1}
    f(x)=15(65x)2f'\left(x\right)=-15\left(6-5x\right)^{2}

    Pour tout réel xx, nous savons qu'un carré est positif ou nul. Ainsi : (65x)20\left(6-5x\right)^{2} \ge 0 . Or 15<0-15<0 . Il vient alors que 15(65x)20-15\left(6-5x\right)^{2}\le0 c'est à dire f(x)0f'\left(x\right)\le0 .
    La fonction ff est donc décroissante sur R\mathbb{R} .
    Question 2

    Etudier la convexité de ff.

    Correction
    Pour étudier la convexité de la fonction ff, il faut étudier le signe de ff''.
    • Lorsque f(x)0f''\left(x\right)\ge 0 sur un intervalle [a,b]\left[a,b\right] alors ff est convexe.
    • Lorsque f(x)0f''\left(x\right)\le 0 sur un intervalle [a,b]\left[a,b\right] alors ff est concave.
    Pour tout réel xx appartenant à l'intervalle ];+[\left]-\infty;+\infty\right[, on a : f(x)=15(65x)2f'\left(x\right)=-15\left(6-5x\right)^{2} .
  • (un)=n×u×un1\left(u^{n} \right)^{'} =n\times u'\times u^{n-1}
  • On reconnaît ici unu^{n} u(x)=65xu\left(x\right)=6-5x et n=2n=2. Ainsi u(x)=5u'\left(x\right)=-5.
    Il en résulte que :
    f(x)=15×2×(5)×(65x)21f''\left(x\right)=-15\times 2\times\left(-5\right)\times\left(6-5x\right)^{2-1}
    Ainsi :
    f(x)=150(65x)f''\left(x\right)=150\left(6-5x\right)

    Comme 150>0150>0, le signe de ff'' dépend alors de 65x6-5x .
    Pour étudier son signe on résout l'inéquation 65x06-5x\ge 0, il vient alors :
    65x06-5x\ge 0 équivaut successivement à :
    5x6-5x\ge -6
    x65x\le \frac{-6}{-5} (on change le sens de l'inéquation car on divise par un nombre négatif)
    x65x\le \frac{6}{5}
    Cela signifie que l'on va mettre le signe ++ dans la ligne de 65x6-5x lorsque xx sera inférieur ou égale à 65\frac{6}{5}.
    Il en résulte :
    Question 3

    Expliquer pourquoi La fonction ff admet un point d'inflexion ?

    Correction
    Au point d'abscisse x=65x=\frac{6}{5}, la dérivée seconde s'annule et change de signe en ce point.
    En effet :
  • Lorsque x];65]x\in \left]-\infty;\frac{6}{5}\right], nous avons f(x)0f''\left(x\right)\ge 0
  • Lorsque x[65;+[x\in \left[\frac{6}{5};+\infty\right[, nous avons f(x)0f''\left(x\right)\le 0
  • Lorsque x=65x=\frac{6}{5}, nous avons f(x)=0f''\left(x\right)= 0
  • Il en résulte qu'au point d'abscisse x=65x=\frac{6}{5}, la courbe admet un point d'inflexion.